Devoir surveillé n° 4 du lundi 29 janvier 2016 Ne réécrivez

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Devoir surveillé n° 4 du lundi 29 janvier 2016
Ne réécrivez pas les questions, mais repérez chaque réponse par la numérotation complète.
Osez votre esprit critique : si vous trouvez quelques chose qui ressemblerait à une erreur
d’énoncé, mentionnez-le clairement et prenez les dispositions pour pouvoir continuer
sereinement.
Pour ce devoir d’une durée de 2 h, la machine à calculer est autorisée.
Bon courage !
I.
QUESTION DE COURS
Données : G = 6,67 ⋅ 10-11 N.kg-2.m2 ; rayon de la Terre : RT = 6400 km ; rayon de la Lune :
RL = 1700 km.
1. Citez les trois particules élémentaires et représentez-les sur le modèle d’un atome ?
2. Donnez l’ordre de grandeur du diamètre d’un atome et du diamètre du noyau de celui-ci ?
3. La Terre et la Lune sont deux corps de masse respectives mT = 5,97 ⋅ 1024 kg et
mL = 7,35 ⋅ 1022 kg.
a) Calculez la valeur de l’interaction gravitationnelle entre la Terre et un être humain de
masse m = 70 kg à la surface de la Terre.
b) Calculez la valeur de l’interaction gravitationnelle entre la Lune et un être humain de
masse m = 70 kg à la surface de la Lune.
c) Que vous suggèrent les résultats obtenus ?
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2
2
1
1
II. LES INTERACTIONS FONDAMENTALES
Souligner la (ou les) réponses correctes :
1. L’interaction gravitationnelle est :
a) Attractive
b) Répulsive
c) Cela dépend de la masse des corps
2. L’interaction électrique est :
a) Attractive
b) Répulsive
c) Cela dépend de la charge des corps
3. L’interaction gravitationnelle est :
a) A courte portée
b) De grande portée
c) A courte et longue portée
4. L’interaction électrique est :
a) A courte portée
q.4. non notée
b) De grande portée
c) A courte et longue portée.
5. L’interaction forte a une portée de
l’ordre de :
a) 10-9 m
b) 10-18 m
c) 10-15 m
6. L’interaction forte s’exerce :
a) Entre protons et électrons
b) Entre protons
c) Entre neutrons
d) Entre neutrons et électrons
e) Entre électrons
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f) Entre nucléons
III. COHESION D’UN CRISTAL IONIQUE
Données : mnucléons = 1,67 ⋅ 10-27 kg ; e = 1,6 ⋅ 10-19 C ; k = 9,0 ⋅ 109 SI ; G = 6,67 ⋅ 10-11 SI.
Le chlorure de calcium est un cristal ionique de formule CaCℓ2. Au sein de ce cristal, les
centres d’un ion calcium Ca2+ et d’un ion chlorure Cℓ- voisins sont séparés de la distance
d = 280 pm.
L’ion calcium, de numéro atomique Z = 20 et de nombre de masse A = 40, porte la charge
électrique + 2 e.
L’ion chlorure, de numéro atomique Z = 17 et de nombre de masse A = 35 porte la charge
électrique -e.
1. Rappeler les différentes particules élémentaires de l’atome, avec leur charge et leur masse.
On pourra présenter la réponse sous forme d’un tableau.
35
2. Donner la composition de l’atome de calcium 40
20Ca et celle de l’atome de chlore 17Cℓ.
3. Donner la composition de l’ion calcium et celle de l’ion chlorure.
4. Calculer la masse m(Ca2+) de l’ion calcium et la masse m(Cℓ-) de l’ion chlorure.
5. Calculez la force FG de l’interaction gravitationnelle qui s’exerce entre un ion calcium et un
ion chlorure voisins dans le cristal de chlorure de calcium.
6. Calculer la charge globale q(Ca2+) de l’ion calcium et la charge globale q(Cℓ-) de l’ion
chlorure.
7. Calculez la valeur de la force FE de l’interaction électrique s’exerçant entre un ion calcium
et un ion chlorure voisins dans le cristal de chlorure de calcium.
8. Cette interaction est-elle attractive ou répulsive ? Justifiez.
9. Calculer le rapport FE/FG entre ces deux forces. Quelle est l’interaction prédominante au
sein de ce cristal ? Peut-on négliger l’une d’elle par rapport à l’autre ? Laquelle ?
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IV. BILAN DE MATIERE
Données : Masse molaire atomique M(Aℓ) = 27,0 g.mol-1 ; M(S) = 32,0 g.mol-1
On réalise un mélange de 3,2 g de soufre en poudre avec 4,0 g de poudre d’aluminium Aℓ. On
déclenche la transformation chimique. Il se forme du sulfure d’aluminium de formule brute
Aℓ2S3.
1. Calculer les quantités de matière des réactifs à l’état initial.
2. Ecrire l’équation de la transformation chimique.
3. Dresser le tableau d’avancement correspondant à cette transformation.
4. Déterminer le réactif limitant, rédiger correctement la réponse.
5. Indiquer la composition de l’état final en quantité de matière.
6. Calculer la masse de sulfure d’aluminium produit lors de la réaction.
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